Виды и назначения устройств

Представление компенсирующих устройств.

Рассматриваются устройства, компенсирующие реактивную мощность: статические конденсаторные батареи, шунтирующие реакторы, статические тиристорные компенсаторы (СТК) и синхронные компенсаторы (СК), а также устройства, компенсирующие реактивные сопротивления сетей: конденса­торные установки и реакторы продольного включения.

Компенсирующие устройства (КУ) в зависимости от их типа и режима работы могут генерировать или потреблять реактивную мощность Q _ку, ком­пенсируя её дефицит или избыток в электрической сети, уменьшать или уве­личивать индуктивное сопротивление. Например, включение КУ в какой-либо точке сети изменяет реактивную составляющую нагрузки. В итоге из­меняется полная мощность узла нагрузки в соответствии с векторными диа­граммами (рис. 7.3).

Так, в результате включения КУ, генерирующих или потребляющих реактивную мощность (например, СК или СТК), изменяется передаваемая по участкам сети реактивная мощность и, следовательно, потери напряжения

(7.8)

создаются возможности регулирования напряжения в узлах сети и на зажи­мах электропотребителей:

Реактивная мощность, передаваемая от электростанции и других цен­тральных источников, загружает все элементы электрической сети, уменьшая возможность передачи активной мощности. Поэтому по экономическим со­ображениям потребность в реактивной мощности (в большей её части) необ­ходимо удовлетворять за счёт установки местных источников реактивной мощности. В этом случае уменьшается передача реактивной мощности по участкам сетей:

(рис. 7.3, а). В ряде случаев (в низковольтных, городских распредели­тельных сетях и др.) экономически целесообразна полная компенсация реак­тивной мощности. При этом Q_КБ = Q, и узел нагрузки потребляет из сети только активную мощность (cos (9.7)

Поперечная (перпендикулярная к направлению Uф₂) составляющая па­дения напряжения в линии

(9.8)

Зная составляющие падения напряжения, можно определить вектор напряжения в начале участка:

(9.19)

где модуль (величина) линейного напряжения

(9.20)

и его фаза

(9.21)

вычисляются по аналогичным выражениям (9.10) и с фазными составляющими.

Влияние поперечной составляющей на модуль напряжения можно учесть приближенно:

(9.22)

Если известны напряжение U₁ и мощность S₁ начала участка, то мож­но определить напряжение конца участка следующим образом:

(9.24)

или приближенно по формуле

(9.33)

где активную и реактивную составляющие тока вычисляют по выражению (8.18) через данные в начале или в конце звена.

Обратимся к графическому представлению (интерпретации) состояния напряжений. При анализе режима по данным конца звена (U₂, P₂,Q₂) вектор напряжения U₂ откладываем от начала координат в направлении оси дейст­вительных величин +Re (рис. 9.4), т. е. приравниваем его модулю. От конца вектора в том же направлении откладываем продольную составляющую падения напряжения , принимают новое положение +', j' в пространстве которых нужно от конца вектора U₁ отложить в обратном направлении (вычесть) продольную составляющую падения на­пряжения (рис. 9.4, пунк­тирные линии). Соединив конец вектора с началом координат, получим вектор напряжения U₂ в конце звена.

Такое построение диаграмм напряжений с выделением треугольников падения напряжения отражает влияние отдельных составляющих комплекс­ного сопротивления Z участка и комплексной мощности S (тока /). Из век­торной диаграммы следует, что при заданных активной Р и реактивной Q мощности в конце участка поперечная составляющая падения напряжения U" тем больше, чем больше реактивное сопротивление участка Х его ак­тивного сопротивления R и, следовательно, тем больше угол сдвига между векторами напряжений U₁ и U₂.

Как известно, для линий напряжением 110 кВ и выше и всех силовых трансформаторов X > R, причем для ЛЭП напряжением 220 кВ и выше, а также трансформаторов мощностью более 4 МВА X >> R. Поэтому при зна­чительных длинах таких линий или при работе сетей, содержащих эти эле­менты, с нагрузками, близкими к проектным, значения углов сдвига 8 стано­вятся большими, как правило, около 15-25°, с увеличением до 35-55° при увеличенной протяженности ЛЭП или передаче мощностей, близких к нор­мативным по статической устойчивости. В этих случаях учет поперечной со­ставляющей U" вносит уточнения в расчеты напряжения, существенно пре­вышающие погрешности информации о параметрах сети, а потому анализ электрических режимов должен выполняться с учетом поперечной состав­ляющей падения напряжения. И, наоборот, для участков напряжением 110 кВ и менее X < R угол 8 небольшой (менее 2-3°). В этом случае с достаточной точностью (ошибка менее 0,5 %) можно считать, что падение напряжения равно его продольной составляющей U'. Тогда формулы (9.16) и (9.19) уп­рощаются и приобретают вид

U" (при > 0 выполняется в большинстве случаев). В результате возрастают падение и потери напряжения, угол сдвига умень­шается. И, наоборот, увеличение коэффициента мощности нагрузки cos₂ уменьшает передаваемую по звену реактивную мощность Q₂, а следователь­но, и снижает падение и потерю напряжения на участке сети.

Характер нагрузки влияет на изменение напряжений в начале и конце звена. На рис. 9.5 приведены векторные диаграммы фазных напряжений и токов участка сети с активно-индуктивным сопротивлением для активной (рис. 9.5, а), индуктивной (рис. 9.5, б) и емкостной (рис. 9.5, в) нагрузки I. Анализ данных частных случаев позволяет установить граничные состояния напряжений участка реальной сети, в пределах которых находятся наиболее распространенные общие случаи загрузки сети. Так, например, при активно-индуктивной нагрузке во всех случаях (при изменении cosот 1 до 0) на­пряжение U₁ в начале участка больше напряжения U₂ в конце, а вектор на­пряжения U₂ преобразуется из отстающего (< 0) по отношению к вектору U₁ в опережающий (> 0). При активно-ёмкостной нагрузке вектор напряжения U₁ в начале участка всегда опережает вектор напряжения U₂ в конце участка, а модуль напряжения U₂ увеличивается (по мере приближения соsк 0) от значений U₂ < U₁ до величины U₂ > U₁.

Более тщательный анализ напряжений можно выполнить с помощью ЭВМ при неизменном модуле нагрузки (!_н = const) и переменном ее составе (cos ф_н - var) или используя круговые диаграммы зависимостей мощности от величины и фазы напряжений.

Вопросы для самопроверки

1. Как учитывается трехфазная сеть и какие параметры ее электриче­ского состояния анализируются при расчете установившихся симметричных режимов?

2. В чем состоит отличие понятий «потеря напряжения» и «падение напряжения»? Что называется продольной и поперечной составляющими па­дения напряжения, отклонения напряжения?

3. Запишите выражения, характеризующие взаимосвязь параметров электрического режима и схемы замещения трехфазной сети.

4. Запишите выражения падения напряжения и его составляющих через токи и мощность. Приведите различные записи закона Ома для участка сети.

5. Как геометрически (векторно) связаны продольная и поперечная со­ставляющие вектора падения напряжения? Почему они неодинаковые при расчете их по данным начала и конца звена?

6. Каковы отличия векторных диаграмм напряжения при задании пара­метров в начале и конце участка сети?

7. Какое допущение используется при вычислении междуфазных на­пряжений?

8. Когда можно пренебречь поперечной составляющей падения напря­жения и продольную составляющую падения напряжения приравнять потере напряжения?

9. Какие факторы определяют взаимное положение векторов токов и напряжений по концам участка сети?

10. Как влияет характер электрической нагрузки (коэффициент мощно­сти) на взаимное положение векторов напряжений по концам участка сети?

11. В каком соотношении находятся продольная и поперечная состав­ляющие вектора падения напряжения на участке сети при примерном равен­стве его активного и индуктивного сопротивлений?

12. Как приближенно учесть влияние поперечной составляющей паде­ния напряжения на модуль (величину) напряжения?

13. Как влияет при неизменном cosнагрузки изменение площади сече­ния проводов и протяженности линии на фазовый сдвиг векторов напряже­ний?

14. К каким изменениям векторных диаграмм токов и напряжений электропередачи приводит увеличение нагрузки на ее приемном конце?